到太空去淘金

內(nèi)容概要

我們今天生活的世界是由已知和未知兩個(gè)領(lǐng)域組成。我們已知的越多，未知的領(lǐng)域就越大。廣大的未知領(lǐng)域構(gòu)成了我們渴望探知的未知世界。未知世界有種魅力，它總是吸引著我們?cè)谖粗I(lǐng)域發(fā)現(xiàn)真理時(shí)有所突破，而不是墨守成規(guī)。牛頓的萬(wàn)有引力定律、達(dá)爾文的進(jìn)化論正是在這種魅力吸引下探索出來(lái)的。    科學(xué)是一項(xiàng)偉大的冒險(xiǎn)活動(dòng)，它充滿了刺激與振奮。它使人類的求知欲和好奇心得到了滿足，并且激發(fā)人們的想像力，去欣賞和理解科學(xué)技術(shù)所帶來(lái)的種種美妙與神奇。    《走進(jìn)未知世界》叢書，就是向中國(guó)廣大青少年提供一條通往未知世界的途徑，引導(dǎo)他們大膽走進(jìn)未知世界，并能在人類未知領(lǐng)域有新的更重大的發(fā)現(xiàn)。同時(shí)引導(dǎo)他們樹立對(duì)真理、對(duì)科學(xué)的求真精神和對(duì)天文、物理、原子、生命等未知領(lǐng)域的刻苦追求精神，培養(yǎng)起創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力。    這套叢書從自然科學(xué)的角度，向廣大青少年展示一個(gè)全新的視野——宇宙的奧秘、海洋的神奇、環(huán)境的變化、生命的奇幻、物質(zhì)世界的多彩、微觀領(lǐng)域的裂變……弘揚(yáng)科教興國(guó)的精神。該叢書以精品意識(shí)為導(dǎo)向，面向廣大青少年讀者精心創(chuàng)作；注重知識(shí)性、趣味性和實(shí)用性的統(tǒng)一，圖文并茂；寫作中始終貫徹叢書的主題思想，注意引導(dǎo)讀者發(fā)現(xiàn)未知世界，培養(yǎng)創(chuàng)新能力；語(yǔ)言通俗易懂，雅俗共賞。    在編寫叢書的過(guò)程中，所有參編者遵照“應(yīng)用價(jià)值、文化價(jià)值、精神價(jià)值”相結(jié)合的原則精心寫作，努力把最能體現(xiàn)人類創(chuàng)造力與想像力的科學(xué)成果介紹給廣大讀者。WTO把中國(guó)深深地卷入到了全球化的浪潮中，作為鏈接科學(xué)技術(shù)紐帶的——《走進(jìn)未知世界》叢書把我們和科學(xué)緊緊連在了一起，它為廣大讀者打造了一個(gè)再次提升自己的知識(shí)平臺(tái)。如果本書的出版發(fā)行確能使讀者有所收獲，那就是對(duì)我們所有編寫者莫大的鼓勵(lì)。

作者簡(jiǎn)介

王建成，男，安徽省郎溪縣人。曾在安徽農(nóng)村插隊(duì)并擔(dān)任民辦小學(xué)教師，在安徽蕪湖師專、安徽教育學(xué)院獲得?？坪捅究茖W(xué)歷，在中學(xué)任教多年。1984，年考入北京師范大學(xué)化學(xué)系攻讀化學(xué)教育專業(yè)碩士學(xué)位，畢業(yè)后留校工作。1993年赴美國(guó)留學(xué)，獲mba學(xué)位后留美工作，擔(dān)任過(guò)生產(chǎn)計(jì)劃部主管、市場(chǎng)和銷售經(jīng)理、海外信息技術(shù)部總經(jīng)理等職務(wù)。2001年9月回國(guó)，參與北京師范大學(xué)珠海分?；I建工作。2005年12月在北京師范大學(xué)比較教育研究所獲得比較教育學(xué)博士學(xué)位?，F(xiàn)為北京師范大學(xué)珠海分?；A(chǔ)教育處處長(zhǎng)、教育學(xué)院副院長(zhǎng)、副教授。主要研究領(lǐng)域?yàn)榻逃J(rèn)證與評(píng)價(jià)、教育理論、基礎(chǔ)教育、民辦教育、學(xué)科教育等。曾主持多所中小學(xué)和幼兒園的組建工作，主持制定地方或區(qū)域教育規(guī)劃。曾出版專著《化學(xué)教育測(cè)量與評(píng)價(jià)》(與劉知新先生合著，廣西教育出版社，1993 年)、《如何解決親子沖突——中美家庭教育觀念透視》(獨(dú)立編著，知識(shí)產(chǎn)權(quán)出版社，2001年)；在《比較教育研究》等刊物上發(fā)表學(xué)術(shù)論文十余篇。

書籍目錄

緒：到宇宙去——親歷神奇，解開神奇神奇的宇宙  宇宙之尺  恒星身份證  高密度星體  宇宙生命之謎  黑洞之迷  宇宙的開始和終結(jié)向宇宙進(jìn)軍  不知地焉知天  齊奧爾科夫斯基  火箭越飛越高  從加加林開始  太空梭  伴隨前進(jìn)的還有淚水  中國(guó)人的航天之路  宇宙探索的一百條理由  航天新構(gòu)想附錄  附錄1 1957～1998年載人航天飛船大事記  附錄2 航天災(zāi)難知多少  附錄3 宇航員吉尼斯

章節(jié)摘錄

書摘    在更大的尺度上，許多觀察到的天文現(xiàn)象，用黑洞來(lái)解釋也更為合理。    讓我們進(jìn)入到黑涸里面去看一看。    當(dāng)我們決定要到黑洞里去走一趟時(shí)，全人類都在關(guān)注著我們?？粗覀冸x他們?cè)絹?lái)越遠(yuǎn)，他們用最先進(jìn)的天文觀察儀器在觀察跟蹤著我們，儀器是如此先進(jìn)，一般情況下，不管我們走多遠(yuǎn)，他們都能看到我們。    假如我們每隔1秒向觀察我們的人們發(fā)出一次信號(hào)，他們每隔1，秒就能收到一次我們發(fā)出的信號(hào)。當(dāng)我們無(wú)限逼近黑洞時(shí)，情況發(fā)生了一些微妙的變化。    假如我們11點(diǎn)穿過(guò)視界，在這之前的一點(diǎn)點(diǎn)時(shí)間里，觀察我們的人將會(huì)發(fā)現(xiàn)，我們發(fā)出的信號(hào)的時(shí)間間隔越變?cè)介L(zhǎng)，而不是原來(lái)的1秒。在10點(diǎn)59分58秒和10點(diǎn)59分59秒發(fā)出的兩個(gè)信號(hào)之間，他們會(huì)等待比1秒稍長(zhǎng)的時(shí)間。    時(shí)空的特性在巨大的引力場(chǎng)中發(fā)生了變化。這是愛因斯坦相對(duì)論告訴我們的。    我們應(yīng)該記住，黑洞的引力是非常大的。對(duì)一個(gè)微小黑洞而言，從視界到它的引力中心，距離相對(duì)較短，我們頭朝著它飛去時(shí)，頭部受到的引力要比腳部受到的引力大得多，甚至我們還沒有到達(dá)視界時(shí)，這巨大的引力差就會(huì)把我們先是拉成面條，接著是撕碎。對(duì)于一個(gè)巨型的黑洞，我們的悲慘命運(yùn)會(huì)晚一些發(fā)生。在到達(dá)視界之前，我們不會(huì)被撕裂’事實(shí)上，在到達(dá)臨界半徑之前，不會(huì)有異樣的感覺，甚至在到達(dá)永不回返的那一點(diǎn)時(shí)，也是如此。在接下來(lái)的幾個(gè)鐘頭后，在我們運(yùn)動(dòng)到接近引力中心時(shí)，作用在我們頭上和腳上的引力差，會(huì)將我們撕裂。    接著，我們?cè)谌祟惖淖⒁曄孪Я恕＿@不是觀察儀器出了問(wèn)題，而是我們進(jìn)人了黑洞。    我們?cè)竭^(guò)了視界。我們進(jìn)入了黑洞。    如果我們僥幸沒有被拉成面條或撕裂，我們會(huì)在黑洞中看到什么呢?讓我們記住黑洞“無(wú)毛”定律或“三毛”定律，我們看到的將是無(wú)法用常規(guī)的物理量來(lái)定義的物質(zhì)，因此，我們對(duì)它們也就無(wú)法給予描述。而我們看到自身在向黑洞的中心“迅速”她飛去，但到達(dá)中心的時(shí)間是如此漫長(zhǎng)，我們永遠(yuǎn)也到達(dá)不了這個(gè)中心——即奇點(diǎn)。時(shí)間失去了它平常的意義。    時(shí)間終結(jié)了。    我們走向了一條永遠(yuǎn)不歸的路。    我們走向了一條永遠(yuǎn)沒有盡頭的路。    按照黑洞的定義，它不能發(fā)出光，我們何以能發(fā)現(xiàn)和證實(shí)它呢?    約翰。米歇爾指出過(guò)，黑洞盡管看不見，但它還是將它的引力作用在周圍的物體上。如果我們發(fā)現(xiàn)周圍的物質(zhì)向著一個(gè)不可見的中心飛去，這是否就能證實(shí)這個(gè)不可見的中心就是黑洞呢?不能。因?yàn)樗y以與宇宙的膨脹區(qū)別開，況且我們也沒有觀察到類似情形。如果兩顆恒星由于相互吸引而相互圍繞著轉(zhuǎn)動(dòng)，其中一顆可見的恒星繞著一個(gè)看不見的引力中心旋轉(zhuǎn)，那是否能證明這個(gè)不可見的引力中心就是黑洞呢?也不行。因?yàn)槲覀儾恢肋@個(gè)不可見的引力中心，是不是一顆很暗而用我們現(xiàn)有的觀察手段難以觀察到的恒星呢。    如果有一個(gè)雙星系統(tǒng)，其中一個(gè)看不見，而這個(gè)系統(tǒng)又發(fā)出大量的、無(wú)規(guī)則的x射線，那就幾乎可以肯定，那個(gè)暗的天體就是一個(gè)黑洞。    1965年，人們?cè)谔禊Z座探測(cè)到了一個(gè)特殊的強(qiáng)x射線源，命名為天鵝座×—l。怎樣解釋這個(gè)無(wú)規(guī)則的強(qiáng)x射線源呢?最方便的解釋是，可見星表面的物質(zhì)，在不可見伴星的巨大引力下，沿著螺旋形軌道，落向不可見之星，并且變得非常熱而發(fā)出x射線。要做到這一點(diǎn)，不可見伴星必須非常小，像白矮星、中子星或黑洞那樣。通過(guò)觀測(cè)可見星的運(yùn)行軌道，可推算出天鵝座x一1中的不可見物體質(zhì)量非常大，大約是太陽(yáng)質(zhì)量的6倍。這樣小的物體，居然有這么大的質(zhì)量，它不可能是白矮星，也不可能是中子星。它只能是黑洞。    中子星的進(jìn)一步坍塌形成黑洞，在這個(gè)意義上，我們把黑洞和白矮星、中子星一起視為致密星。但也不盡然。有可能存在物質(zhì)密度比地球還小的黑洞。    對(duì)于質(zhì)量較小的星體，如太陽(yáng)，要成為黑洞，它的引力半徑要收縮到不到3公里，它的平均密度一定超過(guò)中子星。對(duì)質(zhì)量比太陽(yáng)小很多的恒星來(lái)說(shuō)，理論上它們也可能成為黑洞。因?yàn)樗鼈兊馁|(zhì)量太小，就是耗盡了自己的核燃料，還能支持自己對(duì)抗引力，不可能因引力坍縮形成黑洞。要使得它們成為黑洞，就需要有外部巨大的擠壓力量，將物體擠壓成極端緊密的狀態(tài)，使它們的密度超過(guò)中子星。物理學(xué)家約翰·維勒曾經(jīng)計(jì)算過(guò)，如果將地球海洋里全部的重水制成一個(gè)超級(jí)氫彈，它爆炸產(chǎn)生的巨大威力可以將其中心的物質(zhì)壓縮到產(chǎn)生一個(gè)微型黑洞。通過(guò)這樣的方式形成微型黑洞是不尋常的，也許，更現(xiàn)實(shí)的可能是在早期宇宙分布不均勻和它的高溫、高壓的特殊條件下，才能形成這樣小質(zhì)量的黑洞。    但對(duì)于比太陽(yáng)質(zhì)量要大得多的天體，如比太陽(yáng)質(zhì)量大上數(shù)千倍乃至數(shù)億倍，情況就有所不同。一個(gè)質(zhì)量為太陽(yáng)的1億倍的天體，它的半徑收縮到3億公里，引力就可大到光也逃不出來(lái)，也就是成為黑洞。計(jì)算得知，這時(shí)它的平均密度為1 830千克／米。，它比地球上疏松的土壤的密度還要小，只是比1 000千克／米。的水的密度稍大一些。一個(gè)質(zhì)量大致與銀河系相當(dāng)?shù)暮诙矗拿芏缺瓤諝膺€稀1 000倍。    真有這么大的黑洞嗎?    在北斗七星的旁邊，大熊座的“熊頭”附近，有一個(gè)形狀不倫不類的M82星系。直徑達(dá)1 200萬(wàn)光年的M82星系，有一條黑色縫隙橫貫其中，所以它得到了一個(gè)“破裂星系”的綽號(hào)。這條黑色縫隙實(shí)際上是一個(gè)由混雜塵埃的氣體構(gòu)成的。M82星系具有顯著的特征，其中心部位以超過(guò)別的星系數(shù)千倍的速度誕生著新的恒星。    1997年，日本京都大學(xué)的一個(gè)研究小組使用X射線觀測(cè)衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)M82星系內(nèi)的一個(gè)天體，從非常有限的空間發(fā)出大量x射線，這個(gè)天體主要放射3 000電子伏特的高能x射線，其光度達(dá)到太陽(yáng)全部光度的千萬(wàn)倍。    為了搞清這個(gè)天體的真實(shí)面目，科學(xué)家立即著手進(jìn)行了反復(fù)達(dá)九次的觀測(cè)，對(duì)可信數(shù)據(jù)的分析結(jié)果表明，這個(gè)天體在短短幾天的時(shí)間里，其光度就發(fā)生了幾倍的變化。這個(gè)天體光度的變化情況被美國(guó)麻省理工學(xué)院和內(nèi)華達(dá)大學(xué)的科學(xué)家于1999年同時(shí)觀測(cè)到。它的光度變化的直接原因目前還無(wú)法確定，但是卻為科學(xué)家了解這一奇異天體的本來(lái)面目，提供了極其珍貴的數(shù)據(jù)，因?yàn)楦鶕?jù)這些數(shù)據(jù)能夠算出這個(gè)天體的大小，它的直徑約為太陽(yáng)與地球距離的數(shù)十倍，也就是說(shuō)，它的大小充其量相當(dāng)于太陽(yáng)系。從如此小的區(qū)域內(nèi)居然能夠釋放出相當(dāng)于太陽(yáng)1 000萬(wàn)倍的能量，從現(xiàn)代物理學(xué)可知其惟一的可能就是黑洞。    迄今為止，已知的x射線雙星系統(tǒng)最亮者達(dá)到太陽(yáng)光度的100萬(wàn)倍程度，M82星系發(fā)現(xiàn)的x射線天體在此基礎(chǔ)上又增高了10倍。由此估計(jì)，這個(gè)黑洞的質(zhì)量約為太陽(yáng)的-160倍到最大的1億倍。    美國(guó)天文學(xué)家2000年1月13日宣布，發(fā)現(xiàn)三個(gè)“巨大黑洞”的蹤影。新發(fā)現(xiàn)的黑洞在距地球5千萬(wàn)至1億光年的仙女座與白羊座中。專家指出，大部分黑洞的質(zhì)量只比太陽(yáng)的質(zhì)量多出數(shù)倍，但這新發(fā)現(xiàn)的黑洞的質(zhì)量竟是太陽(yáng)質(zhì)量的5千至l億倍，所以可稱為“巨大黑洞”。    近幾年，有觀測(cè)報(bào)告說(shuō)在銀河系中心似乎也存在巨大黑洞。    所謂“巨大黑洞”，是指質(zhì)量超過(guò)太陽(yáng)．100萬(wàn)倍以上的黑洞。如果存在巨大黑洞，那么在它周圍的物質(zhì)亦應(yīng)當(dāng)像繞太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)的行星那樣，遵循“開普勒行星運(yùn)動(dòng)三定律”?？茖W(xué)家認(rèn)為，能夠?qū)⒒顒?dòng)星系核用巨大黑洞和旋轉(zhuǎn)著被吸入黑洞的氣體盤旋建立一個(gè)模型。根據(jù)這個(gè)模型，星系核活動(dòng)性的差別由黑洞的大小和單位時(shí)間被吸人黑洞的氣體量決定。為了說(shuō)明多種星系核的活動(dòng)性，巨大黑洞的質(zhì)量必須達(dá)到太陽(yáng)質(zhì)量的1 000萬(wàn)倍到10億倍的程度。    哈勃太空望遠(yuǎn)鏡就在NGC4261、室女座M84星系：室女座M87星系等星系中心發(fā)現(xiàn)了高速旋轉(zhuǎn)的氣體。    ……

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